INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL...cumple con la NOM-007-SECRE-2007 y con las NRF-026 PEMEX-2008....

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

USO DE RECUBRIMIENTO ANTICORROSIVO A BASE DE POLIOLEFINAS REFORZADAS EN TUBERIAS ENTERRADAS PARA

EVITAR EL APANTALLAMIENTO CATÓDICO

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL

P R E S E N T A

MARTÍNEZ RAMÍREZ MARTÍN

ASESOR: ING. VIDAL FRANCISCO CAMAÑO DOMÍNGUEZ

MÉXICO D.F. NOVIEMBRE 2013

USO DE RECUBRIMIENTO ANTICORROSIVO A BASE DE POLIOLEFINAS REFORZADAS EN TUBERIAS ENTERRADAS PARA EVITAR EL APANTALLAMIENTO CATÓDICO

RECONOCIMIENTOS

Al Instituto Politécnico Nacional (IPN), específicamente

a la Escuela Superior de Ingeniería Química Industrial

e Industrias Extractivas(ESIQIE); por darme la

oportunidad de realizarme tanto profesional como

personalmente, proporcionándome conocimientos para

poder manejarme con ética y moral.

A mi segunda casa el Internado Sección B por abrirme

sus puertas ya que gracias a él me pude desarrollar

íntegramente como un profesionista.

A mis profesores, no solo de la carrera, sino de toda la

vida, mil gracias, porque de alguna manera forman

parte de lo que ahora soy.

Martínez Ramírez Martin


AGRADECIMIENTOS

Martínez Ramírez Martín

A mis padres. Que a lo largo de toda mi vida me han

apoyado y estado a mi lado, por enseñarme a trabajar y

a luchar siempre por su dedicación, por guiarme siempre

con valores, por esforzarse siempre en brindarme lo

mejor para que yo lograra este triunfo profesional y

personal, que por supuesto, es de ellos también.

A mis hermanos. Porque sin su apoyo no lo

hubiera podido lograr, gracias por su

comprensión. Son el mejor regalo que la vida me

ha dado.

A mis Tíos. Juan y Rodolfo que con su apoyo en

conjunto hoy se ve concluida una enorme meta. Porque,

cada uno aportó algo lindo para mi vida. A mis

profesores. Que ayudaron a mi formación académica.

A mi Asesor el Ing. Vidal Francisco Camaño Domínguez al

personal de Pemex Gas. Quiero extender también mi

agradecimiento a la empresa SECNER, al director general

Ing. Juan Acra y en especial al Ing. Javier Téllez que

proporcionó la información necesaria del recubrimiento a

base de poliolefinas reforzadas.


Prólogo

Los daños ocasionados por la corrosión son enormes y nos pueden ocasionar accidentes fatales sobre todo en ductos de transporte de hidrocarburos. Afortunadamente la velocidad con que ocurren los procesos corrosivos está siendo reducida. Varios métodos son usados para tener un mejor control del avance de la misma. La protección por recubrimiento, él uso de inhibidores de corrosión y dentro de estos encontramos la protección catódica, el recubrimiento es el de mayor uso por sus bajos costos y fácil aplicación. Es un hecho común el observar la gradual destrucción de los materiales ocasionado por la corrosión en plantas industriales que trabajan con metales como el acero, el cual es el más utilizado, debido a que se encuentra en sus maquinarias, equipos, tanques y tuberías. Cuando el producto presenta un aspecto diferente al original, lo asociamos con oxidación o corrosión que es considerada como una enfermedad ya que, en mayor o menor grado, la llegan a padecer los equipos, y lamentablemente hasta entonces, se aplican soluciones correctivas caras, muchas veces estas no son idóneas, más aun en algunos casos no se cumple con las normas y supervisión indicada. En las estructuras o tuberías de acero enterradas y/o sumergidas, existen muchas formas de corrosión, producidas por diferentes causas que inciden en el deterioro del metal. Diversos factores afectan sustancialmente el tipo y velocidad de corrosión de una estructura en contacto con el suelo o con los diferentes ambientes que la rodean. Por esto, existen varios métodos para prevenir y controlar la corrosión, como por ejemplo las barreras físicas (recubrimientos), inhibidores de corrosión, sistemas de protección catódica (PC). Este último método de protección, tiene como inconveniente, que a potenciales muy negativos (inferiores a –1500 mv), se produzca el ampollamiento de los recubrimientos, debido a la formación o desprendimiento de hidrógeno (H2) en la superficie metálica. Esto origina un incremento del área a proteger y el deterioro de las capas de recubrimiento y por consiguiente, la posibilidad de corrosión de la estructura enterrada y/o sumergida.

Debido a esto, muchos fabricantes de recubrimientos de tuberías, no mencionan la

compatibilidad de la protección catódica y el apantallamiento como característica del

recubrimiento, esta característica, no se encuentra disponible en las hojas técnicas de

recubrimientos de los fabricantes nacionales o internacionales. Otra consideración a

tener en cuenta, es que las empresas internacionales de la rama petrolera, pesquera

o petroquímica, caracterizan, por lo general, directamente las diferentes marcas de

recubrimientos de acuerdo a sus requerimientos, hecho que se observa en México,

ya que en este país no existe una preocupación por estudiar las propiedades de los

diferentes recubrimientos disponibles en el mercado. Sin embargo, en algunas


instalaciones industriales a nivel nacional donde se aplican sistemas de protección

catódica, se está optando por utilizar una protección con recubrimientos que cumplan

con las normas y especificaciones vigentes, con mejoras considerables, tal como se

ha demostrado en la industria extranjera.

Es entonces, que esta tesis tiene como objeto primordial cumplir con los requisitos mínimos de la Norma Oficial Mexicana[NOM-007-SECRE 2010-transporte de gas natural] y someter este recubrimiento anticorrosivo a diferentes pruebas requeridas por la Norma de Referencia [NRF-026-PEMEX-2008 -protección con recubrimientos anticorrosivos para tuberías enterradas y/o sumergidas] para evaluar su comportamiento frente a la protección catódica, teniendo como base la normativa internacional, como es la National Association of Corrosion Engineers.[NACE SPO169-2007-control of External Corrosión on Techstreet]. Los resultados obtenidos constituyen una guía que ayudará a seleccionar un sistema de protección anticorrosivo compactible con la protección catódica y eficaz para estructuras enterradas y/o sumergidas. Esto se relaciona directamente con una considerable reducción de costos para las empresas, y los beneficios que esto con lleva a la producción.


Objetivos

Objetivo General:

El objetivo del presente documento es fundamentar la elección del sistema genérico

recubrimiento anticorrosivo cintas de poliolefinas reforzadas (Polyguard RD-6) para

tuberías enterradas, rehabilitaciones y uniones de soldadura. Así también, el de

establecer los métodos, prácticas y técnicas de aplicación e inspección para el control

de la corrosión externa en tuberías enterradas, de acero al carbón que transportan

hidrocarburos y sus derivados.

En este trabajo se da a conocer una opción más de recubrimiento para evitar la corrosión en tuberías enterradas de gas natural principalmente y que más que un recubrimiento que trabaje en conjunto con la protección catódica es decir que sea compatible con esta. Este tipo de recubrimiento como genérico 5.c en la NRF-026-PEMEX-2008. Recubrimiento a base de poliolefinas reforzadas cumple con los requisitos de esta norma además de cumplir con Los requisitos mínimos de diseño de la NOM-007-SECRE-2010.Tiene la característica de no apantallar la corriente de protección catódica en caso de que penetre agua en el recubrimiento mencionado. Objetivos específicos: Dar a conocer las nuevas tecnologías en recubrimientos para evitar la corrosión en ductos enterrados, sus principales características específicas ante los demás recubrimientos que existen en el mercado actual. Que los lectores conozcan el recubrimiento a base de poliolefinas reforzadas ya que cumple con la NOM-007-SECRE-2007 y con las NRF-026 PEMEX-2008. Esto quiere decir que es un recubrimiento que nos brinda confianza, por lo cual se recomienda su uso ya que evita el fenómeno de apantallamiento catódico. Característica que no han comprobado los demás recubrimientos anticorrosivos. Conocer las ventajas que tiene el recubrimiento a base de poliolefinas reforzadas ya que en términos económicos, calidad y seguridad es un recubrimiento competitivo


ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Migración de electrones del ánodo al cátodo en dirección contraria a la corriente eléctrica........................................................

3

Figura 1.2 Tubería enterrada, la zona con tendencia anódica cede electrones y la zona de tendencia catódica los recibe....................................................................................................

3

Figura 1.3 Tubería de acero con una zona de raspado que constituirá la zona anódica en la superficie metálica........................................

9

Figura 1.4 Corrosión debida a superficies diferentes.................................... 9

Figura 1.5 Corrosión debido a variación en la composición del electrolito..... 10

Figura 1.6 Mecanismo de corrosión de una tubería por efecto de las corrientes vagabundas que provienen de un sistema de atracción electrica.......................................................................

12

Figura 2.1 Sand blast cactus-el misterio gasoducto de 36”........................... 21

Figura 2.2 Gasoducto de 36” cactus – el misterio sand blast a metal blanco. 23

Figura 2.3 Gasoducto de 36” cactus – el misterio prueba de perfil de anclaje con lámpara comparativa............................................................

24

Figura 2.4 Cepillo de alambre...................................................................... 26

Figura 2.5 Esmeril y cepillos de acero........................................................... 31

Figura 2.6 Etapa de preparación de la superficie.......................................... 37

Figura 2.7 Verificación visual de que no exista grasa, polvo.......................... 37

Figura 2.8 Aplicación del adhesivo................................................................ 37

Figura2.9 Instalación manual de recubrimiento a base de cintas de poliolefinas reforzadas................................................................

37

Figura2.10 Instalación con maquinaria de recubrimiento a base de cintas de poliolefinas.............................................................................

38


Figura2.11 Instalación con maquinaria de recubrimiento a base de cintas de poliolefinas.............................................................................

38

Figura 3.1 Diagrama de pourbaix diagrama potencial- pH para el hierro (Fe) 41

Figura 3.2 Sistema de protección catódica…………………………………….. 44

Figura 3.3 Sistema de Ánodos de Sacrificio…………………………………… 48

Figura 3.4 Diseño de instalación para ánodo galvánico con relleno Backfill... 50

Figura 3.5 Fenómeno de apantallamiento catódico en tuberías enterradas... 54

Figura3.6 Cintas de poliolefinas reforzadas evitando el apantallamiento catódico en tuberías enterradas....................................................

55

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Clasificación de la agresividad del terreno en base a la resistividad...........................................................................................

6

Tabla 2.1 Listado de los solventes más usados con su respectiva norma de uso.........................................................................................

25

Tabla 2.2 Listado de los abrasivos más usados y su profundidad de anclaje.........................................................................................

30

Tabla 2.3 Tabla comparativa de los rendimientos............................................... 33

Tabla 4.1 Registro nacional............................................................................ 59

Tabla 4.2 Registro internacional..................................................................... 59-60

Tabla4.2.2Tabla A.-Resumen de requisitos mínimos de diseño para la evaluación de la conformidad del sistema de control de la corrosión externa...........................................................................

63

Tabla 4.3 tabla 1. Sistemas genéricos de recubrimientos............................... 65

Tabla 4.4 5C.1. Requerimientos primarios………………............................... 65

Tabla4.5 5C.4 Pruebas del sistema 5C cintas de poliolefinas reforzadas....... 66

Tabla4.6 Tabla comparativa de recubrimientos genéricos de la NRF-026-PEMEX-2008................................................................

68-71


Glosario Adhesivo: es una sustancia que puede mantener unidos a dos o más cuerpos por contacto superficial. Alquitrán: es una sustancia bituminosa, grasa, oscura y de olor fuerte, que se obtiene de la destilación de ciertas materias orgánicas, principalmente de la hulla, el petróleo, la turba, los huesos y de algunas maderas resinosas. Ánodo: Es un electrodo en el que se produce una reacción de oxidación, mediante la cual un material, al perder electrones, incrementa su estado de oxidación

Apantallamiento: Efecto y técnica de aislar los campos eléctricos y magnéticos del exterior.

Backfill: Esta mezcla para ánodos galvánicos está constituida por yeso (CaSO4), bentonita, sulfato de sodio, y la resistividad de la mezcla varía entre 50 a 250 ohm-cm Cátodo: es un electrodo en el que se genera una reacción de reducción, mediante la cual un material reduce su estado de oxidación al aportarle electrones. Compatibilidad: es la cualidad de ser compatible, de poder concurrir en buenas condiciones con algo o alguien.

Poliolefina: a todo aquel polímero obtenido mediante la polimerización de olefinas. El término IUPAC para olefina es "alqueno", por lo cual a las poliolefinas también se les puede denominar polialquenos.

Procedimiento: es un conjunto de acciones u operaciones que tienen que realizarse de la misma forma, para obtener siempre el mismo resultado bajo las mismas circunstancias.

Protección catódica: es una técnica para controlar la corrosión galvánica de una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica.

Recubrimiento anticorrosivo: se define como una mezcla o dispersión relativamente estable de un pigmento en una solución de resinas y aditivos. Resistividad: es la resistencia eléctrica específica de cada material para oponerse al paso de una corriente eléctrica. Sand blast: significa "chorro de arena" ó "arenado" y consiste en un sistema de lanzamiento de materiales abrasivos con aire a presión sobre cualquier superficie rígida, para remover oxido, escama de laminación, pintura vieja, cualquier tipo de recubrimiento de las superficies preparándolas para la aplicación de un recubrimiento.

http://es.wikipedia.org/wiki/Bituminosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hullahttp://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leohttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbahttp://es.wikipedia.org/wiki/Huesohttp://es.wikipedia.org/wiki/Maderahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3n-oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3n-oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmerohttp://es.wikipedia.org/wiki/Olefinahttp://es.wikipedia.org/wiki/IUPAChttp://es.wikipedia.org/wiki/Alquenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n_galv%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todohttp://es.wikipedia.org/wiki/Celda_electroqu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica


Simbología

ASTM American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales).

DDV derecho de vía. EPP Equipo de Protección Personal. . Ecorr Potencial de corrosión. Ecu Potencial del cobre. Efe Potencial de hierro. H2 Hidrogeno. Icorr Corriente de corrosión. Mils Milésimas. NOM Norma Oficial Mexicana. NRF Norma de Referencia. PEMEX Petróleos Mexicanos. Plg Pulgadas. PVC Policloruro de Vinilo. UV Unidad Verificadora.


Resumen

Capítulo I. Inicia la parte teórica con un amplio análisis de la corrosión en tuberías

enterradas y/o sumergidas, describiéndose de manera clara y completa puntos

importantes como es el mecanismo básico de la corrosión. Este capítulo nos da un

acercamiento general sobre sucesos y conceptos básicos referidos al campo de la

corrosión, de tal manera que pueda comprender la problemática existente en las

tuberías enterradas. Este capítulo se ocupa, además de describir las causas de la

corrosión, el proceso de la corrosión electroquímica y la morfología de la corrosión;

los diferentes tipos de terreno que se pueden encontrar, la influencia de la resistividad

del terreno y la medida del potencial.

Capítulo 2. Desarrolla uno de los más importantes tipos de protección de superficies

metálicas como son los recubrimientos anticorrosivos. Se estudia a fondo su

fundamento, sus componentes, su mecanismo y una breve descripción y comparación

con los diferentes tipos de recubrimientos que hay en el mercado. En base a ello, se

extraen los requerimientos necesarios e ineludibles a tener en cuenta a la hora de

seleccionar un buen recubrimiento, teniendo en cuenta factores como el suelo, la

temperatura, funcionalidad, aplicación y economía sin olvidar los daños que ocasionan

al medio ambiente. Se estudia la preparación de la superficie metálica, previa a la

aplicación del recubrimiento, en la que encontramos los diferentes métodos de

limpieza a la que puede ser sometida una superficie metálica. Sus requerimientos de

perfil de anclaje para su adherencia y también se describen los sistemas de aplicación

de recubrimientos, los criterios para una buena aplicación y los diferentes métodos

que hay en la industria actual y finalmente se hará una descripción del procedimiento

que requiere el recubrimiento a base de poliolefinas reforzadas para su aplicación

principalmente en reparaciones de fallas de recubrimiento en ductos e operación.

Capítulo3. Trata el más importante. El sistema de protección contra la corrosión de

recubrimiento a base de poliolefinas reforzadas, y además ventajas contra algunos

recubrimientos actualmente utilizados en la industria de las tuberías o estructuras

enterradas y/o sumergidas. Se hace referencia a la protección catódica su

compatibilidad con los recubrimientos y el apantallamiento catódico. Se expone cómo

se les otorga una protección catódica a las superficies metálicas protegidas con un

recubrimiento anticorrosivo. El principio y fundamento de la protección catódica, los

criterios de ésta, así como también los criterios para construir un buen sistema, sus

ventajas y desventajas. Este tema está relacionado con el apantallamiento catódico

(punto importante ya que es un requisito mínimo a cumplir en la NOM-OO7-SECRE-

2010 transporte de gas natural.


Capítulo 4.Se plantea una justificación técnica económica del recubrimiento a base de

poliolefinas reforzadas para poder competir en el mercado de recubrimientos

anticorrosivos para tuberías enterradas y/o sumergidas, así como su cumplimiento con

la NOM-OO7-SECRE-2008 transporte de gas natural, con las pruebas de laboratorio

y pruebas de campo requeridas por la NRF-026-pemex-2008. Este capítulo se basa

principalmente en la normatividad requerida que deben de presentar los

recubrimientos anticorrosivos. Se habla de las principales ventajas que ofrece el

recubrimiento anticorrosivo a base de cintas de poliolefinas reforzadas respecto

algunos recubrimientos. Principalmente en los genéricos de la NRF-026-PEMEX-2008

solo se hace comparativa con los de mayor aplicación en los sistemas de transporte

por ducto del país. Se menciona algunas recomendaciones con la finalidad de optar

con recubrimientos que sean cada vez más eficientes, aparte de cumplir con la

normatividad requerida, no presenten dificultad de instalación, sean amigables con el

medio ambiente y lo principal que sean accesibles en costos.


INDICE

Introducción 1

Capítulo I: Corrosión en ductos de transporte de gas natural. 1.1 Corrosión en tuberías enterrada.......................................................…..... 2

1.2 Mecanismo de la corrosión en tuberías enterradas o sumergidas.............. 2

1.3 Características de los terrenos en los DDV………………….…...……... 4

1.4 Influencia de la resistividad del terreno…………………….................... 5

1.5 Métodos para proteger el acero de la corrosión………............................. 6

1.6 Causas de la corrosión en tuberías enterradas........................................... 8

1.7 Factores que influyen en la corriente de corrosión.................................... 12

1.8 Relación entre las áreas anódicas y catódicas.......................................... 13

Capítulo II: Recubrimientos de protección anticorrosiva en tuberías. 2.1 Recubrimientos protectores de tuberías.................................................... 14

2.2 Fundamentos y generalidades de los recubrimientos de tuberías.............. 14

2.3 Componentes de un recubrimiento....................................….…...……... 17

2.4 Tipos de recubrimientos........................................................................... 20

2.5 Factores a considerar en la selección de recubrimientos anticorrosivos... 20

2.6 Preparación de superficies........................................................................ 21

2.7 Tipos de limpieza requerido para recubrimientos..................................... 24

2.8 Criterios de aplicación de recubrimientos................................................. 31

2.9 Métodos de aplicación de recubrimientos................................................. 33

2.10 Recubrimiento a base de poliolefinas reforzadas................................... 36

2.11 Descripción del procedimientos de aplicación........................................ 37

Capítulo III: Recubrimientos con protección catódica. 3.1 Fundamento y principio de la protección catódica.................................... 39

3.2 Criterios para la protección catódica Pot. Máximo y Pot.mínimo

(tubo/electrolito) Permisible de acuerdo al recubrimiento anticorrosivo 41

3.3 Tipos de protección catódica.................................................................... 43

3.4 estudios para verificar fallas de cubrimiento............................................. 50

3.5 Uso de recubrimientos complementados con la protección catódica........ 51

3.6 Apantallamiento catódico en tuberías enterradas...................................... 53

Capítulo IV: Justificación técnica y requerimientos normativos para recubrimientos anticorrosivo a base de cintas de poliolefinas reforzadas.


4.1 Justificación técnica económica de recubrimiento a base de cintas de

poliolefinas reforzadas.............................................................................

57

4.2 Requisitos mínimos requeridos por la NOM-007-SECRE-2010.............. 61

4.2.1 Apéndice I............................................................................................. 61

4.2.2 Apéndice III........................................................................................... 63

4.3Requisitos a cumplir por la NRF-026-PEMEX-2008................................ 64

4.4 Ventajas y recomendaciones acerca del uso de recubrimiento a base de

cintas de poliolefinas reforzadas...............................................................

67

4.5 Conclusiones............................................................................................ 72

4.6 Sugerencias.............................................................................................. 72

Bibliografías


1

INTRODUCCIÓN

El uso de recubrimientos protectores en conjunto con protección catódica ha logrado a través de los años un registro de excelente desempeño en la protección de tuberías enterradas. Dentro de las variables de campo implicadas, la eficiencia del recubrimiento es una de las de mayor trascendencia y a la vez una de las de mayor incertidumbre en la respuesta del sistema de protección catódica (SPC). En el presente trabajo se muestra la influencia del recubrimiento externo de una tubería enterrada y otras variables de campo, se describe el fenómeno de apantallamiento a la protección catódica. El presente trabajo tiene como objetivo, evaluar el apantallamiento el desempeño del recubrimiento a base de poliolefinas reforzadas sobre estructuras de acero enterradas y sumergidas. El estudio se enfocará a evaluar la compatibilidad, ventajas sobre otros recubrimientos existentes. Pará cumplir con los requisitos mínimos de la NOM-007SECRE-2010 “Transporte de gas natural” se han realizado pruebas por diferentes laboratorios, los cuales nos demuestran que se cumplen con los requisitos de la normatividad vigente exigida en el país bajo la NRF-026-PEMEX-2008. La prevención de la corrosión exterior en superficies enterradas y sumergidas, se puede llevar a cabo mediante la aplicación de recubrimientos anticorrosivos, compatible con sistemas de protección catódica. Se ha tenido presente que la función de los recubrimientos es aislar la superficie

externa del metal de las superficies enterradas y sumergidas del medio circundante,

con la finalidad de evitar la incidencia de corrosión, reducir los requerimientos de

corriente de protección catódica, evitar el apantallamiento catódico para mejorar la

distribución de la corriente de protección.

.


2

Capítulo I

Corrosión en ductos de transporte de gas natural.

1.1 Corrosión en tuberías enterradas y sumergidas. La corrosión se puede definir como “la reacción química o electroquímica entre un material, usualmente un metal y su medio ambiente, que produce un deterioro del material y de sus propiedades”

Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón). La integridad de una estructura metálica se reduce por el fenómeno de corrosión cuando es expuesta al ambiente. Esta degrada la estructura, introduce productos indeseados y disminuye el desempeño. Existen distintos métodos tradicionales para la protección y de diferente naturaleza, además ellos cuentan con diferentes mecanismos de protección. Dentro de estos tenemos: recubrimientos mecánicos, inhibidores de corrosión protección catódica,

1.2 Mecanismo de la corrosión en tuberías enterradas y sumergidas.

La causa de la corrosión en tuberías enterradas y/o sumergidas se debe generalmente a la corrosión galvánica, que es un tipo de corrosión húmeda, por lo que podemos afirmar que la corrosión en tuberías enterradas y/o sumergidas es de naturaleza electroquímica. La corrosión galvánica se produce cuando dos metales unidos eléctricamente están expuestos a un electrolito (medio corrosivo), el cual puede ser constituido por el suelo o el agua; de tal modo que se produce un flujo de electrones donde el metal menos noble (ánodo), protege al metal más noble (cátodo). Para efectuar un análisis de la corrosión galvánica, uno de los aspectos más importantes es conocer la posición de los metales dentro de la serie galvánica. Todo el procedimiento de la corrosión galvánica tiene lugar en una celda electroquímica. Para que ocurra este tipo de corrosión se deben cumplir condiciones mínimas que a continuación se detallan:

1) Debe haber una zona anódica o ánodo (que sufre la corrosión) y una zona catódica o cátodo sobre la superficie metálica donde ocurre la reducción de especies iónicas

2. Debe haber un conductor metálico que conecte de forma eléctrica el ánodo y el cátodo.

3. Tanto el ánodo como el cátodo deben estar sumergidos en un electrolito conductor de la electricidad.

http://es.wikipedia.org/wiki/Herrumbrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Broncehttp://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%B3n


3

Una vez cumplidas estas condiciones, puede circular una corriente eléctrica dando lugar a un consumo de metal (corrosión) en el ánodo. El término ánodo (material más electronegativo), se emplea pues para describir aquella porción de una superficie metálica en donde ocurre la corrosión (disolución) y en la cual se liberan electrones (reacciones de oxidación), y en consecuencia el paso del metal en forma de iones al electrolito. Como los electrones, en un conductor metálico, se mueven en sentido contrario al convencional, en el ánodo la corriente eléctrica sale del metal para ingresar a la solución como podemos apreciar en la figura 1.1. El término cátodo (material más electropositivo), se aplica a la porción de una superficie metálica en la cual los electrones producidos en el ánodo, se combinan con determinados iones presentes en el electrolito (reacciones de reducción).

Figura 1.1. Migración de electrones del ánodo al cátodo en dirección contraria

a la corriente eléctrica.

Para el caso de la tubería enterrada, el medio de transporte de electrones (electrolito) lo conforma el suelo y la tubería misma.

Figura 1.2. Tubería enterrada, la zona con tendencia anódica cede electrones y la zona de tendencia catódica los recibe.


4

Podemos decir entonces que, toda reacción de corrosión que transcurre según un mecanismo electroquímico, consta, al menos, de dos reacciones parciales, una anódica de oxidación y otra catódica de reducción, que pueden formularse como sigue: Me → Me(n+)¯ ¹ + ne¯ (1.1) 2H+ + 2e¯ → H2 (1.2)

½O2 + 2H2O + 2e¯ → 4OH—

(1.3) Las reacciones (1.2) y (1.3) son los procesos parciales catódicos más importantes de

la naturaleza. Normalmente los equilibrios anteriores en los fenómenos de corrosión

están totalmente desplazados hacia la derecha.

A continuación describiremos las ecuaciones que se dan en el proceso electroquímico: 1) La reacción anódica en la cual el hierro se oxida a iones ferrosos es:

Fe² → Fe++

+ 2e¯ (reacción anódica) (1.4)

2) La reacción catódica en la cual el oxígeno se reduce a iones OH—

es:

O2 + 2H2O + 4e¯ → 4OH—

(reacción catódica) (1.5)

3) Reacción del hidróxido ferroso:

Fe++

+ 2HO—

→ Fe (OH)2 (1.6)

4) Reacciones adicionales: 4Fe (OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe (OH)

3 (1.7)

2Fe (OH) 3

→ Fe2O

3 .H2O + 2H2O (1.8)

La incidencia de estas reacciones es, que los productos de corrosión ocupan un gran volumen en comparación con el acero original.

1.3 Características de los terrenos en los DDV y de la corrosión. El terreno en los derechos de vía (DDV). Es un medio corrosivo sólido, de conductividad iónica, en el cual su aspecto y sus propiedades varían según el porcentaje de arena, arcilla y limo que se encuentre en su composición (junto a los antes mencionados también se puede encontrar cal y humus), más allá de otros


5

eventuales fragmentos ásperos que se puedan encontrar en la composición. Cuando el terreno contiene un cierto porcentaje de arena, arcilla y limo, se forma una composición en la cual éste asume una estructura ligera y porosa, la cual es característica del terreno agrícola. Los factores de la corrosión que se relacionan con la naturaleza física del terreno son:

• Capacidad de absorción del agua para la capilaridad y la adsorción (importante en el caso de la arcilla).

• Permeabilidad para el oxígeno, que penetra en el terreno para una difusión gaseosa

en los poros o para una difusión en el agua por impregnación o absorción. En cuanto a los factores de la corrosión que se relacionan con la naturaleza química del terreno tenemos: • La presencia de sales, principalmente sulfatos y cloruro de sodio, potasio, calcio,

magnesio; esta presencia se debe dar en cantidades comprendidas entre 100 y 1500 ppm.

• La presencia de bicarbonato de calcio en un grado tal que deposite capas de

carbonato de calcio en el metal. • El pH, normalmente cerca a la neutralidad corresponde a valores entre 6 y 7.5 en el

extracto acuoso, con valores extremos de 3 para el terreno ácido y de 9.5 para el terreno alcalino.

Por otra parte, se debe tener en cuenta la temperatura que abarca entre -50 y 50°C, su importancia es decisiva pues en el ártico la tierra se divide en zonas heladas. En estas zonas, la tierra pierde su agresividad cuanto se está a más profundidad con lo que deja de lado sus características de conductor iónico. El terreno es un medio heterogéneo, cuya característica principal de retención de agua y de permeabilidad al oxígeno pueden variar por una lado, sobre un tramo horizontal debido a la presencia de diversos medios geológicos o, por otro lado sobre una línea vertical (tuberías de extracción de petróleo, gas, etc), consecuencia del paso a través de capas de diferente naturaleza y permeabilidad al oxígeno

1.4 Influencia de la resistividad del terreno. La resistividad del suelo es la propiedad que tiene éste, para conducir electricidad, es conocida además como la resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que éstos no suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo


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que se denomina “Resistividad Aparente” que para el interés de este trabajo, será conocida simplemente como “Resistividad del Terreno”. La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad y grueso de la roca en estudios geofísicos. Asimismo puede ser empleada para indicar el grado de corrosión de tuberías subterráneas. En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión. En base a la resistividad, que viene estimada en una etapa previa, se determina cual es el nivel de agresividad del terreno, para posteriormente definir la medida de protección de las tuberías. La tabla 1.1 resume la clasificación correctamente adoptada. Entre los parámetros de los cuales depende la velocidad de corrosión del acero en la tierra, el más representativo es la resistividad eléctrica (expresada en Ώ-cm) que engloba a la humedad y a la salinidad del terreno.

Tabla 1.1 Clasificación de la agresividad del terreno en base a la resistividad.

Resistividad

Ώ cm.

Hasta 500

De 500 a

1000

De 1000 a

2000

De 2000 a

10000

De 10000 a 50000

(arena y grava)

Más allá de 50000

(acantilado)

Agresividad

del terreno Muy alta

Alta Media alta Media Baja Ausente

Para una mejor orientación se recuerda que 10000 Ώ cm corresponde a la resistividad del agua potable, esto resulta aproximadamente 100 veces menor que la del agua destilada y aproximadamente 400 veces mayor que la del agua de mar

1.5 Métodos para proteger el acero de la corrosión. Frente a los problemas de corrosión se emplean varios métodos de protección tales como: Uso de inhibidores en fase vapor en áreas cerradas: son sustancias de baja pero significativa presión de vapor, son usados para proteger temporalmente partes mecánicas críticas frente a la herrumbre producida por la humedad durante el embarque o almacenamiento de los mismos, algunos de estos son el diciclohexailamonio nitrato, ciclohexilamonio carbonato y etonolamina carbonato. Uso de recubrimientos inorgánicos no metálicos: entre estos pueden mencionarse los esmaltes vítreos, recubrimientos de concreto y recubrimientos de conversión química (fosfatización y oxidación). Esmaltes vítreos: estos pueden formularse para resistir ácidos fuertes, álcalis suaves o ambos, lo cual permitirá al metal la impermeabilidad del agua y el oxígeno cuando


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se encuentran expuestos por largos períodos de tiempo. Este método de protección es costoso, susceptible a daños mecánicos o a fallas por bruscos cambios térmicos, lo cual constituye una gran desventaja. Recubrimientos de concreto: son utilizados para la protección del hierro colado, recipientes de acero que contienen agua, pequeños tanques, etc. Su desventaja radica en choques mecánicos o térmicos. Recubrimientos de conversión química: estos recubrimientos son formados en el propio material por reacción química con la superficie del metal. Los más utilizados son los recubrimientos de fosfato, cromatos y oxidación. Recubrimientos plásticos: dentro de esta categoría están los cauchos neoprenos, polietileno, policloruro de vinilo (PVC). Son utilizados cuando se tiene por objeto proteger el acero a un bajo costo. Presenta buena resistencia a la corrosión y son aplicados en plantas petroquímicas. Bitúmenes: son mezclas de hidrocarburos complejos y de alta viscosidad, pueden hacerse fluir por calentamiento o por solubilización y ser aplicados sobre una superficie metálica. Representan una barrera gruesa frente a la corrosión, son resistentes a ácidos, álcalis, soluciones salinas, agua, pero no son resistentes a los aceites vegetales, hidrocarburos y otros solventes. Pinturas: pueden definirse desde el punto de vista fisicoquímico como una dispersión uniforme de un sólido finamente dividido (el pigmento) en un medio fluido, denominado vehículo. A su vez este vehículo está constituido por un material formado de película (resinas, aceites o una combinación de ambos), el ligante y un solvente.

El pigmento da a la pintura el color y el carácter protector, el ligante actúa como formador de película, retiene al pigmento sobre la superficie pintada y le da a la pintura resistencia, flexibilidad, tenacidad e impermeabilidad; el solvente permite la preparación de la pintura (por dispersión del pigmento en el vehículo) y facilita su aplicación, al permitir la obtención de un producto de adecuada viscosidad final. Si éste no está pigmentado se denomina barniz. Las pinturas dan una película opaca, mientras que los segundos forman una película transparente. Uso de recubrimientos metálicos: entre estos pueden mencionarse al níquel, plomo, estaño, zinc y otros. Todos a nivel comercial son porosos en cierto grado. Se clasifican en dos tipos: Nobles: se tiene que el níquel, plata, cobre, plomo son nobles en la serie galvánica respecto al hierro (metal base). La corriente galvánica del metal base al electrolito, por lo que en poros expuestos la dirección de la corriente galvánica acelera el ataque del metal base y eventualmente el recubrimiento falla. Por lo que es importante que estos recubrimientos sean preparados con un mínimo número de poros y que sean lo más


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pequeños posible (para retardar el acceso de agua al metal base), una forma de lograrlo es incrementando el espesor del recubrimiento. Ánodos de Sacrificio: se tiene que el zinc, aluminio y estaño sobre el hierro se corroen

preferencialmente protegiendo al metal base catódicamente. La corriente fluye del

recubrimiento hacia el metal base a través del electrólito, por lo cual el metal base

queda protegido catódicamente. El grado de porosidad no es tan importante como en

los recubrimientos nobles. En general a mayor espesor del recubrimiento mayor es la

protección catódica.

1.6 Causas de corrosión en tuberías enterradas. Ya se ha visto que en líneas de tuberías enterradas y/o sumergidas en un electrolito, los procesos de corrosión son electroquímicos. Esta destrucción electroquímica del metal, se debe entre otras causas a lo siguiente:

1) Heterogeneidad del metal. 2) Heterogeneidad del electrolito. 3) Acción de las corrientes erráticas o vagabundas.

1) Heterogeneidad del metal.

a) Pares galvánicos:

La heterogeneidad más evidente, es la que resulta de la unión de dos metales de naturaleza diferente sumergidos en un mismo electrolito. Por ejemplo, si dentro de un mismo electrolito vinculamos eléctricamente cobre y hierro, se establecerá una corriente eléctrica que saldrá del hierro hacia el electrolito. En tal caso es el hierro el que se corroe.

La zona donde la corriente sale del metal hacia el electrolito se denomina anódica. La zona donde la corriente ingresa hacia la estructura se denomina catódica. En la primera, habrá disolución del metal con el paso a la forma de iones positivos, correspondiendo una oxidación (corrosión). En la segunda habrá una ganancia de electrones, correspondiendo a una zona de reducción de especies iónicas. Si llamamos Ecu y Efe a los potenciales espontáneos a circuito abierto del cobre y del hierro sumergidos en el electrolito, éstos tenderán a tomar un potencial de equilibrio, cuando se vinculen eléctricamente ambas estructuras. El potencial de equilibrio se denomina potencial de corrosión, Ecorr y a él corresponderá la corriente de corrosión Icorr. En consecuencia, como el cobre es más noble que el hierro, éste último se corroe y el tipo de corrosión se denomina por acoplamiento o par galvánico.

b) Superficies diferentes:


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Cuando se asocian viejas estructuras oxidadas de un metal con otras nuevas del mismo metal, o cuando la superficie del metal no presenta superficialmente las mismas condiciones, se crearán zonas anódicas y catódicas. Esto frecuentemente es observado cuando se trata de reemplazar una sección de tubería, el metal oxidado es siempre más noble que el metal nuevo y en tal caso, se corroerá este último. El metal nuevo puede fallar más rápidamente que lo esperado. La explicación se halla en la aplicación de la serie práctica galvánica, donde se muestra que el potencial del nuevo acero es muy diferente respecto al viejo acero corroído. Asimismo, si durante el trabajo en un sistema de tuberías por acción mecánica de impactos con herramienta o instrumentos de corte, se dejan al descubierto áreas de acero resplandeciente, éstas pueden convertirse en ánodos; y esto puede resultar en una corrosión severa en un suelo de baja resistividad es por eso que se debe de tener cuidado al realizar dichos trabajos.

Figura 1.3 Tubería de acero con una zona de raspado que constituirá la zona anódica en la superficie metálica.

Asimismo, las diferencias internas de tensiones mecánicas, de composición, o de orientación cristalina también pueden originar corrosión por la creación de diferentes zonas anódicas y catódicas en las superficies involucradas.

Figura 1.4 Corrosión debida a superficies diferentes.


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2) Heterogeneidad del electrolito.

a) Variación en la composición del electrolito Una de las causas de corrosión en tuberías enterradas, es la diferencia de composición del electrolito que origina potenciales diferentes a lo largo de la tubería enterrada, estableciendo las condiciones necesarias para que se produzcan celdas de corrosión. En la figura 1.5 se muestra una tubería que atraviesa, dos tipos de terreno. Como se puede ver, el potencial de la tubería en el electrolito representado por A, es ligeramente diferente del mismo metal en el electrolito representado por B, originando un proceso corrosivo. Consideremos ahora que el metal de una estructura es perfectamente homogéneo y que ella, por estar enterrada y tener una extensa longitud, atraviese suelos de naturaleza diferente, como por ejemplo suelos arenosos extremadamente secos y terrenos arcillosos muy húmedos. En esta última zona, la estructura se corroerá como consecuencia de la circulación de corrientes a través del electrolito desde las zonas anódicas (suelos arcillosos) a las zonas catódicas (suelos arenosos). El proceso podrá acelerarse por la diferente concentración de oxígeno. Como se decía, el suelo generalmente es un medio heterogéneo, en donde se dan muchas variaciones en la velocidad de corrosión de los metales. Un suelo natural contiene elementos como arena, arcilla, cal y humus. Estos componentes pueden estar mezclados en el suelo en diferentes proporciones que darán lugar a distintos grados de agresividad. Por lo general los suelos arenosos, margo-arenosos, margo-calcáreos y calcáreos no son agresivos; no obstante los suelos arcillosos en algunas condiciones suelen ser agresivos. Los que son agresivos por naturaleza, son las turbas, los humus libres de cal y también los suelos cenagosos y de aluvión.

Figura 1.5 Corrosión debido a variación en la composición del electrolito.


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Los suelos artificiales, que están formados por escorias y basuras, elementos en putrefacción, residuos humanos e industriales, también son agresivos. b) Corrosión química o bacteriana:

En los últimos años se ha puesto en evidencia el rol importante que pueden tener ciertas bacterias en la corrosión de los metales, en especial las bacterias reductoras de sulfatos. Los productos de la corrosión más característicos son el sulfuro y el óxido de hierro.

Los microorganismos que se asocian a la corrosión son de dos tipos: aeróbicos y anaeróbicos. Uno de los casos más estudiados es el del hierro enterrado dentro de un medio anaerobio.

La presencia de microorganismos es uno de los factores que provoca la despolarización, de modo que el efecto electrolítico no llega a frenarse, y por tanto, la corrosión e incrustación de la tubería se acelera. La despolarización, de origen biológico, se lleva a cabo por ferrobacterias que obtienen energía por la oxidación del hierro (en el ánodo) y por bacterias sulfato-reductoras que movilizan el H+ (en el cátodo). Si el oxígeno atmosférico no puede penetrar el suelo, se da el caso donde en suelos arcillosos o turbosos, el hidrógeno producido a consecuencia de la reacción catódica en la estructura enterrada, puede llegar a ser eliminado (oxidado) por una acción microbiana. En suelos ligeramente ácidos a alcalinos (pH de 6 a 9) los sulfatos son reducidos por estas bacterias, para formar sulfato de calcio y sulfuro de hidrógeno. Cuando estos compuestos entran en contacto con las tuberías de hierro enterradas, se produce una conversión del hierro a sulfuro de hierro. Puesto que estas bacterias se reproducen en estas condiciones, seguirán fomentando esta reacción hasta que se produzca una falla de la tubería. Este proceso es el resultado de la actividad metabólica de un microorganismo (la bacteria Sporovibrio desulfuricans), que se desarrolla en ausencia completa de oxígeno libre (condiciones anaerobias). Decimos entonces, que para oxidar el hidrógeno de estos medios nutritivos orgánicos, esta bacteria no utiliza el oxígeno

libre, sino el ion sulfato (SO 2

- 4), reduciéndolo a sulfuro (S

2-).

3) Efectos de corrientes erráticas o vagabundas. Por corrientes vagabundas se designan generalmente a las corrientes eléctricas, que circulan en el suelo provenientes de los sistemas eléctricos de tracción (tranvías, ferrocarriles), siendo las más dañinas las provenientes de ferrovías electrificadas con corriente continua, de las instalaciones eléctricas industriales (como las plantas de refinado electrolítico, de galvanoplastia, de soldadura), y de los sistemas de alimentación de energía (de corriente continua o alterna).


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La existencia de estas corrientes, es independiente de cualquier disimilitud de materiales metálicos, de suelos o de aguas, son muy variables en su intensidad, dirección y sentido, llamándoselas por tal razón vagabundas. Para comprender el proceso de corrosión por corrientes vagabundas, utilizaremos el ejemplo de un sistema de tracción eléctrico cuyo recorrido es paralelo o aproximadamente paralelo a una tubería enterrada, tal y como se ha graficado en la figura 1.6. Como se sabe, el retorno de las corrientes utilizadas por los sistemas de tracción eléctricos (vías de tren), se efectúa por los rieles. Generalmente, la continuidad eléctrica de los mismos no es perfecta, como tampoco su aislamiento respecto al suelo. Debido a ello, una parte de las corrientes pasan de los rieles al suelo y de éste a la tubería, circulando hasta la subestación; allí salen de la tubería. Las corrientes son peligrosas, en las zonas donde abandonan las estructuras para retornar a través del suelo, hacia el polo negativo de las fuentes de energía que las engendran. En tales zonas, denominadas anódicas, se origina la corrosión electrolítica que será más o menos intensa según agentes como la potencia del sistema de tracción, la frecuencia del servicio, las aceleraciones y desaceleraciones, la continuidad eléctrica de los rieles, el aislamiento del balasto (es decir, piedras que inmovilizan los durmientes), la humedad del suelo y las sales que contenga.

Figura 1.6. Mecanismo de corrosión de una tubería por efecto de las corrientes vagabundas que provienen de un sistema de tracción eléctrica.

En cambio, las zonas de entrada de las corrientes, llamadas catódicas, no presentan localmente inconvenientes y por el contrario, son beneficiosas a la canalización.

1.7 Factores que influyen en la corriente de corrosión.

Sobre la corriente de corrosión hay una serie de factores que influyen, entre los cuales mencionaremos:


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• Resistencia de la conexión metálica entre el ánodo y el cátodo: Para tuberías, ésta resistencia es pequeña ya que pasa a través de una relativa sección corta de la tubería misma. • Resistencia en el medio electrolítico: Es función de la resistividad del electrolito. • Resistencia del revestimiento: Un revestimiento de buena calidad interpondrá una alta resistencia dentro del circuito ánodo-cátodo.

• La polarización: Se puede tomar como una capa aislante que origina un potencial de polarización, opuesto al potencial de la celda de corrosión que causa el flujo de corriente. Mientras mayores sean estos factores, la corriente de corrosión será menor.

1.8 Relación entre las áreas anódicas y catódicas. La relación entre las áreas anódicas y catódicas influye notablemente en la velocidad de corrosión. Un área anódica pequeña en contacto con un área catódica grande, en un medio de baja resistividad, probablemente tenga una corrosión rápida y seria. En éste caso el ánodo estará sujeto a una alta densidad de corriente de descarga por unidad de área; por lo contrario en el cátodo se tendrá una densidad de corriente relativamente baja. Cuando sucede esto, no habrá suficiente corriente para producir la polarización la cual hubiera tendido a limitar el flujo de corriente. Por ejemplo, si una tubería recubierta presenta pequeños defectos en el recubrimiento anticorrosivo, se desarrollan inicios de corrosión muy rápidamente. Lo contrario ocurre con un área anódica grande, como por ejemplo una tubería de acero, y un área catódica pequeña, como es el caso de una válvula de bronce. La corriente de corrosión puede ser descargada desde el acero, pero la densidad de corriente por unidad de área puede ser relativamente pequeña, y el metal se consume lentamente. En el cátodo puede haber inicialmente una alta densidad de corriente por unidad de área, la cual puede ser suficiente para polarizar el área catódica, reduciendo el flujo de corriente a una cantidad que no cause una seria corrosión.

“Por tanto, si el área anódica es pequeña con respecto al área del cátodo, la corrosión

puede ser rápida e intensa. En cambio, en otros casos, si el área anódica es grande

comparada con el área catódica, la corrosión puede ser relativamente lenta y suave”.

Por último, se ha confirmado el hecho de que si el hierro está conservado en un ambiente en el cual la humedad relativa se mantiene debajo del límite seguro, equivalente a un valor del 40%, no se verifica por tanto ningún fenómeno de corrosión electroquímica. Esto es válido en el caso del acero desnudo, expuesto a la corrosión atmosférica.


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Capítulo II

Recubrimientos de protección anticorrosiva en tuberías.

2.1 Recubrimientos protectores de tuberías Sabemos que los recubrimientos de tuberías enterradas o sumergidas protegen al ducto en un 98 % contra la corrosión dependiendo de sus características físico químicas y de su aplicación adecuada. Debido a esto la protección catódica solo protege en un 2% ya que esta realiza su función principalmente cuando el recubrimiento falla. Es importante saber qué tipo de recubrimientos existen en la actualidad y la compatibilidad que tienen estos con la protección catódica. Ya que anteriormente se aplicaban recubrimientos que aparte de ser muy riesgosos en su aplicación no eran compatibles con la protección catódica (Mangas termocontactiles, alquitrán de hulla, tricapa, epoxicos de altos solidos).Es por eso que en la actualidad debemos de seleccionar un recubrimiento que sea compatible con la protección catódica además de que cumpla con las normatividades vigentes.

2.2 Fundamentos y generalidades de los recubrimientos de tuberías. Si la corrosión es producida por la acción combinada de la humedad y el oxígeno atmosféricos, al actuar sobre la pila electroquímica formada sobre la superficie del metal (en tuberías ya sea enterradas o sumergidas), un procedimiento que la evitaría, podría ser la formación de una barrera impermeable en contacto con el acero (recubrimiento). Al no existir reacción química, no habría lugar a la oxidación. La aplicación de recubrimientos protectores, en virtud a su composición y eficiencia, ha logrado una buena aceptación como medio de control de la corrosión. Estos recubrimientos tienen a su cargo la protección de la mayor parte de las superficies de metal en tuberías, madera o concreto en casi todas las plantas. En términos generales, un recubrimiento anticorrosivo se define como una mezcla o dispersión relativamente estable de un pigmento en una solución de resinas y aditivos. Estos recubrimientos, son materiales aislantes eléctricos, cuya composición o formulación (el producto es presentado de forma líquida, pastosa o cintas) debe ser tal que al ser aplicada en capas, siguiendo el procedimiento adecuado, sobre un substrato metálico; sea capaz de transformarse por un proceso de curado, en una película seca, uniforme, plástica, que actúe como una barrera flexible, adherente que la proteja y/o decore y debe tener máxima eficiencia de protección contra la corrosión de lo contrario nos causara problemas, perdidas y en casos mayores accidentes fatales .

La durabilidad de la película, depende fundamentalmente de su resistencia al medio corrosivo y de la facultad de permanecer adherida al substrato metálico. La eficiencia de protección contra la corrosión, además de considerar los factores anteriores,


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depende de la habilidad de la película de recubrimiento y de su espesor, para impedir el acceso de los agentes corrosivos al substrato metálico.

Debemos aclarar que, debido a la diversidad de medios en los que puede encontrarse la superficie metálica a proteger, no existe un recubrimiento universal. La resistencia a la degradación de una película de recubrimiento, como ya se mencionó, está determinada por su composición y la acción destructiva del medio en que se encuentra, por lo que éste deberá ser estudiado con detalle, antes de proceder a la elección del sistema más adecuado. En este documento, sólo trataremos el caso de las tuberías enterradas y/o sumergidas.

Un factor importantísimo para la buena capacidad protectora de un recubrimiento, es el espesor de capa seca. Cuanto mayor sea el espesor de la capa, la humedad y el oxígeno encontrarán más dificultades para su penetración, y con ello disminuirá el peligro de corrosión. La película de recubrimiento es siempre permeable en mayor o menor grado, según la composición de su ligante, concentración y naturaleza .Un buen recubrimiento protector para instalaciones metálicas enterradas o sumergidas, debe tener las siguientes características principales:

a) Perfecta adherencia a la superficie metálica, tanto en el momento de la aplicación como durante toda la vida de la instalación.

b) Fácil aplicación. Su método de aplicación no debe afectar las propiedades de la tubería.

c) Poder dieléctrico elevado.

d) Elasticidad para absorber las dilataciones del metal base, sin fisurarse.

e) Ser compactos y no poroso.

f) Dureza para evitar su rotura (que puede dejar la superficie metálica al descubierto).

g) Inalterabilidad frente a los agentes químicos.

h) No debe ser tóxico.

i) Inerte ante hongos y bacterias.

j) No absorber la humedad.

k) Deberá de conservar sus propiedades físicas a través del tiempo.

l) Resistente al desprendimiento catódico.


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m) Resistente a efectos térmicos, al impacto y a la fricción.

n) Resistente al manejo, almacenaje e instalación de las estructuras. En el caso de tuberías, el daño de los recubrimientos durante el transporte y construcción, son casi inevitables.

o) Resistente a las acciones mecánicas del suelo.

p) Ductilidad.

q) Económico.

Para seleccionar el recubrimiento apropiado ya sea en el caso de tuberías enterradas y/o sumergidas, como en otro tipo de medio; es importante tener que considerar los siguientes factores:

a) El medio en el que va a estar alojado el ducto.

b) Accesibilidad al ducto.

c) Temperatura a la que va a operar el ducto.

d) Temperatura ambiente durante la aplicación.

e) Compatibilidad con el tipo de recubrimiento de los ductos existentes.

f) Manejo, almacenaje y método o técnica de instalación de la tubería.

El ducto que será recubierto deberá protegerse interna y externamente de la corrosión, evitando causar daños al recubrimiento anticorrosivo que se aplica. Se debe tener especial cuidado de no dañar el recubrimiento.

g) Requerimientos de preparación de la superficie del tubo.

h) Métodos de aplicación. La eficiencia en la protección contra la corrosión, no depende exclusivamente de la resina y del pigmento, sino también del espesor. Esta serie de factores incluyendo como parte muy importante aspectos de tipo económico, han dado lugar a la utilización de diferentes formulaciones para cubrir el espesor antes mencionado. Dependiendo de su posición, estas formulaciones se denominan primario, enlace y acabado; al conjunto se le conoce como sistema, las características más relevantes de cada uno de ellos, se mencionan a continuación:


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a) Primario Son recubrimientos cuya formulación está encaminada fundamentalmente hacia la obtención de una buena adherencia con el substrato metálico, así como la de inhibir la corrosión, por lo que normalmente los contenidos de los pigmentos inhibidos son elevados (contenido de pigmento en volumen – PVC, inferior a 35%). Otros requisitos adicionales en un primario, es conformar una superficie lo suficientemente áspera y compatible, para que las siguientes capas de enlace o acabado logren una buena adherencia; además, deben ser resistentes a los productos de la corrosión, y poseer una buena humectación. Los primarios pueden elaborarse a partir de cualquiera de las resinas que mencionaremos en el apartado (2.3).

b) Acabados

Los acabados, representan la capa exterior en contacto con el medio ambiente y se formulan para promover la impermeabilidad del sistema, por lo que normalmente su contenido de pigmento en volumen (PVC) es inferior al 25%. En este tipo de recubrimientos es frecuente el uso de entonadores y el contenido de pigmentos inhibidores es inferior al de un primario. Su grado de molienda es tal que su superficie ofrece un aspecto terso y/o brillante. En la elección del tipo de acabado, es de capital importancia para la adherencia, su compatibilidad con el tipo primario utilizado; en términos generales, el uso del mismo tipo de resina en estos dos componentes del sistema asegura una buena adherencia, aun cuando hay casos como los epóxicos, capaces de lograr una adherencia sino excelente, cuando menos aceptable sobre otro tipo de recubrimientos.

2.3 Componentes de un recubrimiento. Un recubrimiento considera los siguientes componentes básicos: a) Pigmentos: Son substancias sólidas orgánicas o inorgánicas, que reducidas a un tamaño de partícula inferior a las 25 micras y dispersas en el vehículo, imparten a la película seca del recubrimiento, propiedades tales como: resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, poder cubriente, así como protección a la resina de la acción degradante

de los rayos ultra violeta del sol. Su función consiste primordialmente en conferir color

y opacidad a la capa de pintura o del recubrimiento. Son generalmente sustancias sólidas en forma de polvo de muy fina granulometría. Qué por un procedimiento adecuado de molturación, en presencia del ligante, se desagregan en partículas elementales para obtener el máximo rendimiento colorístico. Entre las características deseables en un pigmento, se pueden mencionar las siguientes: no reactividad química con el vehículo, fácil humectación y dispersión, alta resistencia al calor, la luz y agentes químicos.


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Podemos clasificarlos en: 1.-Pigmentos cubrientes: Son los más ampliamente utilizados. Confieren opacidad al film de pintura por el efecto combinado de su índice de refracción respecto al ligante, granulometría y fenómenos de reflexión y difracción de la luz que incide sobre la capa de pintura. El color depende de su naturaleza química. Los más utilizados son: • Blancos: Bióxido de titanio, óxido de zinc.

• Negros: Negros de humo, óxidos de hierro.

• Amarillos: Óxidos de hierro, amarillos de cromo, amarillos azoe, amarillos de diarilida

e isoindolinona, bismuto-vanadato.

•Rojos: Óxidos de hierro, rojos de molibdeno, rojos monoazoicos, rojos bon, quinacridónicos, DPP, perileno.

• Verdes: Óxidos de cromo, verdes de ftalocianina.

• Azules: Azul de Prusia, azul de ftalocianina, azul de indantreno.

• Violetas: Violeta de dioxacina, violeta de quinacridona. b) Ligantes: También llamado vulgarmente resina. Son compuestos orgánicos o inorgánicos poliméricos, formadores de película; cuyas funciones principales son las de fijar el pigmento, promover buena adherencia sobre el substrato metálico a los agentes corrosivos del medio ambiente. Es el componente básico del o capa anterior y en general promover la formación de una barrera flexible, durable e impermeable recubrimiento al que confiere la posibilidad de formar película una vez curada, por el procedimiento específico de cada tipo. De él dependen las propiedades mecánicas y químicas de la pintura, y por tanto su capacidad protectora. Técnicamente, son polímeros de peso molecular bajo o medio, que por acción del oxígeno del aire, de otro componente químico, del calor, etc. Aumentan su grado de polimerización, hasta transformarse en sólidos más o menos plásticos e insolubles. Aunque existen muchas clases, los más empleados son: • Emulsiones diluibles en agua. • Aceites vegetales o sintéticos. • Barnices fenólicos modificados con aceites secantes. • Resinas alquídicas o gliceroftálicas.


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• Resinas de caucho clorado o ciclado, cloruro de vinilo, éter vinilisobutílico. • Resinas vinílicas. • Resinas acrílicas termoplásticas, termoestables, hidroxiladas. • Resinas epoxídicas. • Resinas de poliéster. • Resinas poliuretánicas. • Resinas de silicona y silicatos. • Alquitranes y asfaltos. • Resinas celulósicas. • Resinas de fenol-formaldehido. • Resina de hule clorado.

Cada tipo posee una determinada forma de secar y endurecer. c) Aditivos: Son productos químicos (compuestos metálicos u órgano-metálicos) de acción específica, que se añaden en pequeñas cantidades a los componentes principales del recubrimiento para conseguir una mejora de calidad, evitar defectos, producir efectos especiales, acelerar el endurecimiento, conferir tixotropía, matizar, etc. A pesar de que se adicionan en pequeñas cantidades, tienen gran influencia sobre la viscosidad y estabilidad del recubrimiento líquido, así como sobre el poder de nivelación y apariencia de la película ya aplicada. Los más utilizados son: • Humectantes y Dispersantes: Empleados para facilitar la mojabilidad del pigmento por el ligante, ya que aquellos son normalmente liófobos. • Antiposos: Este tipo de aditivos evita la formación de sedimentos. • Secantes: En las pinturas a base de ligantes de secado oxidativo se utilizan sales de cobalto, plomo, calcio, zinc, zirconio y manganeso principalmente, como catalizadores de la reacción para acelerar el secado y endurecimiento del film.

• Estabilizantes: Cuya misión es mantener estable la pintura en el envase hasta su utilización. Los hay de diferentes tipos como por ejemplo estabilizadores de la viscosidad, neutralizantes de la acidez del vehículo fijo, antioxidantes, etc. • Plastificantes: Como su nombre indica, actúan plastificando las películas con el fin de conseguir un buen balance de propiedades mecánicas y de resistencias al medio agresivo. Intervienen en proporciones bastante altas en algunos tipos de pinturas como las fabricadas con caucho clorado o vinílicas, donde también ejercen un papel de ligante. • Agentes absorbedores de rayos ultravioleta, entre otros.


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2.4 Tipos de recubrimientos. A la fecha se han desarrollado una gran diversidad de recubrimientos para evitar la corrosión cuya formulación o composición obedece a la resolución de un problema específico, en tal forma se puede hablar de recubrimientos anticorrosivos cuya finalidad es proteger un substrato de un medio estos requieren de uso de resinas y pigmentos altamente resistentes que permitan una alta eficiencia de protección y sean compatibles con la protección catódica. En este trabajo, se discute lo concerniente a recubrimientos anticorrosivos, por ser de mayor interés técnico para el caso de tuberías enterradas y/o sumergidas. A continuación presentamos algunas clasificaciones que se toman en cuenta en la actualidad:

2.5 Factores a considerar en la selección de recubrimiento anticorrosivo. Para seleccionar adecuadamente un recubrimiento anticorrosivo para tuberías enterradas, es necesario considerar los siguientes factores: Antecedentes de funcionalidad. El sistema genérico de recubrimiento seleccionado debe contar con evidencia documentada de haber sido utilizado anteriormente en ductos, en este caso tuberías enterradas y/o sumergidas. Se debe tener en cuenta que las condiciones ambientales, de diseño y de operación deben ser similares al ducto que se pretende proteger. Lo anterior debe contar con información nacional y/o internacional. Temperatura de operación. El sistema de recubrimiento anticorrosivo debe conservar sus propiedades protectoras a la temperatura de servicio del ducto. Dentro de las normas ASTM (Sociedad Americana para Ensayos de Materiales, por sus siglas en ingles) y CSA (Organización Canadiense de Estándares), hay algunas que muestran los sistemas genéricos de recubrimientos y sus requerimientos mínimos de aceptación para su selección. Tipos de terrenos en DDV y/o agua. Para el caso de proyectos nuevos, el diseñador debe contar con información relacionada al tipo de terrenos en DDV. y/o agua, entre otros: • Tipo de suelo: arcilloso, rocoso, calcáreo, fangoso, ácido, básico, etc. • Concentración de sales en el suelo o agua. • Porosidad del suelo. • Otros contaminantes en suelo y/o agua. • Resistividad del suelo.


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•PH

Sobre estos puntos antes mencionados, se comentó ampliamente en el capítulo I.

2.6 Preparación de superficies. El acero es el material de construcción más ampliamente utilizado en la fabricación de tuberías de transporte de hidrocarburos. Desde el punto de vista de preparación de superficies los principales contaminantes están representados, además de la grasa, aceite y suciedad, por la escoria y escama de laminación y la herrumbre. Inicialmente, tanto la escoria como las escamas pueden estar firmemente adheridas, no obstante, por efectos de dilatación y contracción térmica del material, estas impurezas tienden a desprenderse, por lo que cualquier recubrimiento que se aplique sobre ellas puede sufrir el mismo efecto. Por otra parte, estas impurezas incluyendo la herrumbre, son más nobles en la serie galvánica, por lo que actúan como todos en presencia de humedad, acelerando la corrosión del acero. En la figura 2.1. Se observa como una impureza de herrumbre contribuye a la ruptura de la película por su avidez de humedad ocasionando el ampollamiento y la corrosión del metal bajo recubrimiento.

Figura 2.1 sand blas cactus –el misterio gasoducto de 36” [1]

Se sabe que la preparación de las superficies es el aspecto más crítico en el desempeño de los recubrimientos, por lo que será necesario extremar la vigilancia en la realización de esta operación y para ello se debe tomar en cuenta lo siguiente: Verificar que el tipo de limpieza sea correspondiente a cada uno de los sistemas de recubrimiento seleccionado. - El grado de limpieza que especifique el fabricante, debe corresponder con alguno de los grados mencionados anteriormente. Figura 2.1. Tomada en campo de contrato Pemex: No.PGPB-SD-GRM-0065/2012 .gasoducto de 36” cactus- el misterio [1]


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- La humedad relativa del ambiente durante la aplicación del recubrimiento, debe cumplir con los parámetros especificados en las normas correspondientes que indique el fabricante. La adherencia de la mayoría de los recubrimientos anticorrosivos, resulta seriamente dañada si la superficie por recubrir es contaminada con agua. En general debe evitarse la aplicación cuando la humedad relativa sea mayor de 85%

- La temperatura debe estar por lo menos 5°C arriba del punto de rocío (es la temperatura a la cual se inicia la condensación sobre la superficie del acero). El rango de temperatura óptima para la aplicación de recubrimiento oscila entra 15°C y 32°C. Generalmente, los recubrimientos no deben ser aplicados cuando la temperatura del medio ambiente sea inferior a 4°C o superior a 43°C durante la aplicación. Si el recubrimiento es aplicado arriba de 32°C puede ocasionar que la película seque demasiado pronto y tenga como consecuencia falta de uniformidad en la película y mala adherencia. Si la temperatura es inferior a 10°C puede alargarse el tiempo de secado y curado de la película hasta puntos inaceptables. No debe aplicarse el recubrimiento, si existe la posibilidad de que la temperatura baje al punto de congelación, antes de que ésta haya secado.

- Las instalaciones de recubrimientos, sobre todo las aplicaciones por medio de aspersión, se hace más difícil cuando aumenta la velocidad del viento. Además de la gran cantidad de pintura desperdiciada cuando hay viento fuerte, la apariencia de la superficie pintada generalmente no alcanza la conformidad deseada, porque las partículas atomizadas secan antes de tocar la superficie. Asimismo las partículas de pintura en suspensión en el aire pueden llegar a contaminar áreas adyacentes. - Ninguna aplicación de recubrimientos debe ser hecha en presencia de precipitación

o cuando ésta es inminente. La precipitación puede: • Causar mala adherencia • Erosionar la pintura fresca • Depositar contaminantes químicos • Causar manchas en la pintura • Alterar las propiedades de la película - El perfil de anclaje debe cumplir las especificaciones del fabricante y debe ser a la vez avalado por el inspector. - La preparación de la superficie a recubrir debe cumplir con dos criterios: el grado de limpieza y el perfil de anclaje, los cuales deben ser especificados por el fabricante, dependiendo de cada sistema de recubrimientos seleccionado. Criterios de aceptación. a) Grado de limpieza:


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Es la clasificación relacionada con la condición superficial de la tubería en cuanto a la presencia de residuos y contaminantes. Se considera la superficie limpia o preparada por recubrirse, cuando no haya huellas de grasa, aceite u otras sustancias extrañas. Su aceptación es bajo criterio de examen visual de un color a metal blanco, se debe de inspeccionar adecuadamente la limpieza en la parte inferior del ducto principalmente cuando es una reparación o una tubería ya en uso debido a que esta zona es la que normalmente tiene muchos problemas ya que es más difícil realizarle una inspección visual. La calificación del grado de limpieza debe realizarse mediante la comparación con patrones de limpieza reconocidos internacionalmente, como por ejemplo: el comparador visual NACE TM 0175.

Figura 2.2. Gasoducto 36” cactus – el misterio sand blast a metal blanco [2]

b) Perfil de anclaje:

Se considera como la profundidad de la rugosidad máxima del perfil que se obtiene mediante la preparación de la superficie del sustrato. Para comprobar que la profundidad del anclaje es la especificada, la superficie preparada debe ser comparada con la del patrón aceptado para cada sistema de recubrimiento, utilizando la lámpara comparadora de anclaje. Además, se pueden emplear también métodos como la medición directa del perfil de anclaje por medio de un rugosímetro de aguja o la medición indirecta del mismo, mediante el uso de cinta métrica y un micrómetro de yunque, es recomendable realizar la aplicación del recubrimiento una vez verificado el perfil de anclaje requerido por el fabricante de cada recubrimiento con el fin de evitar que se impregne suciedad, polvos, contaminantes que afecten a nuestro recubrimiento a instalar. Figura 2.2. Tomada en campo de contrato Pemex: No.PGPB-SD-GRM-0065/2012 .gasoducto de 36” cactus- el misterio [2]


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Figura 2.3. Gasoducto 36” cactus – el misterio Prueba de perfil de anclaje con lámpara comparativa [3]

2.7 Tipos de limpieza requerida para recubrimientos.

Limpieza química (SSPC-SP-8): Método para limpieza de metales, mediante reacción química, electrólisis o por medio de ambos. A través de una reacción química con algún producto específico, las superficies metálicas son liberadas de escamas, óxido, pintura, aceite, grasa, polvo y materiales extraños, posteriormente la reacción es neutralizada con alguna otra solución y secada con aire o vacío. El procedimiento que se menciona a continuación, constituye un proceso completo de preparación de superficies o auxiliar en combinación con otros procedimientos.

1.-Procedimiento: La limpieza química consta de las siguientes operaciones, que de acuerdo con las condiciones y especificaciones de cada obra, se podrá eliminar o modificar cualquiera de las que se mencionan a continuación: a) Las capas gruesas de grasa y contaminantes deberán eliminarse con rasqueta, espátula y otro medio.

b) Los nódulos de corrosión deberán eliminarse con herramientas de impacto.

c) El producto químico seleccionado se aplicará con brocha o por aspersión, dejándose sobre la superficie el tiempo de contacto suficiente para su acción. Si se emplean productos de marcas comerciales, las soluciones deberán prepararse y aplicarse de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

d) Posteriormente, la superficie debe ser lavada con agua dulce para eliminar todos los residuos. Para probar la efectividad del lavado, debe hacerse la prueba con papel Figura 2.3. Tomada en campo de contrato Pemex: No.PGPB-SD-GRM-0065/2012 .gasoducto de 36” cactus- el misterio [3]


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indicador de pH sobre el acero húmedo, hasta obtener un valor igual al del agua empleada.

Limpieza con solvente (SSPC-SP-1):

Es llamada limpieza con solvente, sin embargo está basado en la utilización de productos tales como: vapor de agua, soluciones alcalinas, emulsiones jabonosas, detergentes y solventes orgánicos. Mediante este método son removidos la mayoría de los contaminantes como: grasa, aceite, polvo y sales solubles en el agente limpiador. La solución limpiadora es aplicada suavemente o mediante equipo de presión, seguido de un lavado con agua natural y secado con equipo de vacío o simplemente utilizando aire seco. En caso de usar solventes, a continuación se presenta una lista de los comúnmente usados:

Tabla 2.1. Listado de los solventes más usados con su respectiva norma de uso.

Solvente ASTM

Naftas del petróleo D-838

Tolueno (Toluol) D-362

Percloroetileno D-3316

Xileno (Xilol) D-364

Metil isobutilcetona D-1153

Benceno D-836

Dimetil formamida D-2764

2.- Aspecto: Para aceptar una superficie preparada con limpieza química, deberá tener el mismo aspecto que una área de un metro cuadrado seleccionada previamente como patrón, y representativa de las condiciones de la superficie por limpiar. 3.-Precauciones: Para la ejecución de estos trabajos deberán atenderse los ordenamientos de se

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